Определение 1
Диффузия тела (рассеивание) является процессом, способствующим взаимному проникновению молекул (атомов) одного вещества между такими же частицами другого. В конечном итоге это будет выражаться в самопроизвольном выравнивании их концентраций по всему занимаемому объёму.
Бывают примеры, когда у одного из веществ уже присутствует выровненная концентрация и подразумевается диффузия одного вещества в другом. При этом перенос вещества будет осуществляться из области с высокой концентрацией в область с более низкой (то есть, в противоположном от направления вектора градиента концентрации).
Диффузия может быть применима к телам жидкого, твердого или газообразного типа. В качестве ярких примеров диффузии тел выступают:
Существенное значение диффузия частиц будет иметь в физике плазмы. Сама скорость протекания диффузии будет зависимой от множества факторов. В случае металлического стержня, например, тепловая диффузия осуществляется на очень большой скорости. При условии изготовления стержня из синтетического материала, будет фиксироваться медленная скорость диффузии.
Еще более медленно процесс диффузии наблюдается в отношении одного твердого вещества в другое. При условии, что медь покрыта золотом, например, мы наблюдаем диффузию золота в медь. В то же время, при нормальном атмосферном давлении и комнатной температуре уже фиксируется очень медленный по времени процесс достижения золотосодержащего слоя толщины в несколько микронов (через тысячи лет).
Еще одним примером диффузии тел может быть наложении свинцового слитка на золотой. В результате, за период в 5 лет под весом свинца, золотой слиток прогнется на один сантиметр, что свидетельствует о проникновении одного тела в другое.
Замечание 1
Поверхностная диффузия тел считается процессом, связанным (как и при объемной диффузии) с перемещением самих частиц (кластеров, молекул или же атомов), который выполняется на поверхности конденсированных тел в пределах первого поверхностного атомного (молекулярного) слоя или поверх этого слоя.
Способностью перемещений, благодаря поверхностной диффузии, обладают:
Как правило, подвижность поверхностных частиц активизируется, благодаря воздействию случайных тепловых флуктуаций (обычно это могут быть молекулы или атомы). При условии присутствия градиента концентрации (поверхностная концентрация) случайное блуждание большого количества частиц спровоцирует их усредненное диффузионное движение в противоположном градиенту направлении.
На процесс диффузии воздействие оказывают разные факторы:
Поверхностная диффузия становится определяющей для процессов увеличения тонких плёнок, а также формирования наноструктур на поверхности спекания керамики.
В условиях комнатной температуры, мы обычно не наблюдаем проявление диффузии в твердых телах. Очень тонкое по своей структуре покрытие одного металла другим будет сохраняться продолжительное время в практически неизменном состоянии.
При этом, если температура зафиксирована в несколько сот градусов, покрытия уже не будут сохраняться: диффузия провоцирует проникновение атомов покрытия вглубь подложки с заметной скоростью. Такое обстоятельство может применяться, например, в полупроводниковой технике с целью введения в полупроводник специальных легирующих примесей при условии температуры в несколько сотен градусов.
Механизм процессов диффузии в твердых телах лучше понимается при использовании информации об их кристаллической структуре. В состоянии равновесия атомы твердого тела осуществляют тепловые колебательные движения рядом с узлами кристаллической решетки. Все узлы такой решетки в идеальной структуре твердого тела оказываются совершенно равнозначными, а сам процесс диффузии становится невозможным. Наряду с тем, в реальном кристалле будет присутствовать (при заданной температуре) определенное число термических дефектов, проявляемых в виде нарушений кристаллической решетки.
В ситуации с повышением температуры кристалла, наблюдается возрастание равновесных концентраций вакансий, а также межузельных атомов, а в условии понижения температуры, начнет исчезать на стоках часть дефектов. Роль подобных стоков могут выполнять некоторые другие дефекты решетки, например, дислокации.
При таком дефекте структуры кристаллической решетки механизм диффузии в твердом теле становится понятным. Пусть в соседстве с расположенным в узле решетки атомом будет располагаться вакантный узел (дырка).
В таком случае колебательное движение атомов может спровоцировать перескакивание атома из узла решетки в вакантный узел на основании «вакансионного механизма диффузии». В отсутствие внешних сил процесс диффузии будет определяться неравновесной характеристикой образца (градиент температур, например). Каждой температуре при этом будет соответствовать определенное равновесное количество дырок:
$n_д = exp\left(\frac{-E_д}{kT}\right)$ где $E_д$ - энергия, требуемая для образования одной дырки.
При всех температурах, которые ниже точки плавления, равновесное количество дырок оказывается намного меньше, чем число в кристаллической решетке узлов, т.е.
$\frac{n_д}{N} = 1$
Рассмотрим случай воздействия на кристалл внешней силы (т.е. ионный кристалл в электрическом поле. Связь ионной электропроводности и коэффициента диффузии будет определять соотношение Эйнштейна:
$D = f\frac{\sigma kT}{Nq^2}$, где:
Вышеуказанное соотношение понимается таким образом: при наложении электрического поля, а также присутствия градиента концентрации ионов в кристалле возникнет ток плотности:
$\sigma = {qN(x)B_и}$, где:
При условии статистического равновесия полный ток равнозначен нулю.
$E = \frac{-dU}{dx}$
где $U$ - потенциал электрического поля, при равновесии
${-qN(x)B_и}\frac{dU}{dx} = {qD}\frac{dN}{dx}$
Таким образом,
$D = {B_и}\frac{kT}{q} = \frac{\sigma kT}{Nq^2}$
При этом в ионных кристаллах наблюдается отступление от простого соотношения коэффициента диффузии и удельной электропроводности. Именно по этой причине в соотношении будет содержаться поправочный множитель $f$. Так, при диффузии путем замещения вакансий коэффициент диффузии меченого атома будет зависимым от корреляции его скачков.
Обучающие: закрепить знания учеников по заданной теме, научить их понимать и описывать поведение молекул вещества в различных агрегатных состояниях, объяснить значение процесса диффузии в природе и жизни человека.
Воспитательные: продолжить формирование у учащихся способности к научному мышлению.
Образовательные: привить ученикам умение сопоставлять увиденные в природе явления с полученными знаниями о различных физических законах.
Агрегатное состояние вещества – это состояние вещества, которое можно охарактеризовать набором определенных свойств (например, сохранение или неспособность к сохранению объема, формы и т.д.).
Диффузия
Мир, окружающий нас, сложен и изменчив. В то же время, мы способны заметить, что безграничное разнообразие мира – не такое уж и безграничное. Мы часто видим одни и те же вещества в различных состояниях.
Самый простой пример, на котором я смогу доказать правдивость своих слов – это вода. Ее проще всего увидеть в разных состояниях – это пар, или туман, это лед или снег, это жидкость, бегущая из-под крана в кухне. Какими бы ни были особенности воды в той или иной форме, она всегда остается водой – ее состав не меняется. Это все те же 2 молекулы водорода и 1 молекула кислорода .
Если и дальше использовать взятый нами пример, то мы можем проследить, что эти 3 состояния воды зависят от определенных внешних условий. Так, вода замерзает при 0 градусов, превращаясь в лед, и вода закипает при 100 градусах, превращаясь в пар. Вот эта фотография наглядно демонстрирует все 3 состояния воды:
Рис. 1: 3 агрегатные состояния воды
Итак, какие же выводы мы можем сделать, хорошенько подумав о приведенном нами примере? Они будут такими:
Агрегатное состояние вещества – это состояние вещества, которое можно охарактеризовать набором определенных свойств (например, сохранение или неспособность к сохранению объема, формы и т.д.) при определенных условиях.
Не только вода может находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Это присуще всем веществам.
Иногда к трем вышеперечисленным агрегатным состояниям, добавляют еще и четвертое – плазму. О том, как выглядит плазма, вы пожжете получить представление из следующего рисунка:
Рис. 2: плазменная лампа
но о плазме более подробно вы узнаете на уроках физики и химии в старших классах.
Как все мы уже успели узнать, все вещества состоят из мельчайших частичек – ионов, атомов, молекул, которые пребывают в постоянном движении. Именно это движение и становится причиной, по которой возникает процесс диффузии.
Диффузия - это процесс, заключающийся во взаимном проникновении молекул веществ в промежутки между молекулами в других веществах.
Давайте более подробно рассмотрим диффузию в различных агрегатных состояниях.
Давайте вместе приведем примеры процесса диффузии в газах. Варианты проявления этого явления могут быть таковыми:
Распространение запаха цветов;
Слезы из-за нарезания лука;
Шлейф духов, который можно почувствовать в воздухе.
Промежутки между частицами в воздухе довольно большие, частицы двигаются хаотично, поэтому диффузия газообразных веществ происходит достаточно быстро.
Давайте посмотрим видео, демонстрирующее этот процесс:
Частички веществ в жидкостях, а это чаще всего ионы веществ, взаимодействуют между собой достаточно сильно. В то же время, расстояние между ионами достаточно большое, что позволяет частичкам легко смешиваться.
На следующей видео картинке видно, как проходит процесс диффузии в жидкостях. Частички краски, попадая на поверхность воды, легко диффундируют, то есть – проникают в воду.
Рис. 3: частички краски распространяются в воде.
Этот же процесс, но уже в динамике, вы можете наблюдать на видео на примере растворения кристаллов перманганата калия:
Твердые тела могут иметь различное строение и состоять из молекул, атомов или ионов . В любом случае, вне зависимости от того, из каких микрочастиц состоит тело, взаимодействие этих частиц друг с другом очень сильно. Не смотря на то, что они, эти частицы, все же движутся, но эти движения очень незначительны. Промежутки между частицами маленькие, поэтому другим веществам трудно проникнуть между ними. Процесс диффузии в твердых телах проходит очень медленно и незаметно для невооруженного глаза.
Давайте посмотрим видео об этом:
Узнав об особенностях протекания процесса диффузии в различных агрегатных состояниях, мы увидели, что процесс не одинаково быстр. От чего же зависит скорость диффузии? Один из ответов на этот вопрос у нас уже есть – скорость протекания процесса диффузии зависит от агрегатного состояния вещества.
Мы с вами также знаем, что частички веществ начинают двигаться быстрее с увеличением температуры. Значит ли это, что и процесс диффузии будет ускоряться при повышении температуры? Ответ очевиден. Для подтверждения давайте просмотрим видео:
Интенсивность диффундирования одного вещества в другое также зависит и от концентрации этих веществ, и от внешних воздействий (например, если просто капнуть раствор йода в воду и если его еще и перемешать, то скорость приобретения раствором однородного цвета будет разной).
1.Агрегатное состояние вещества – это состояние вещества, которое можно охарактеризовать набором определенных свойств (например, сохранение или неспособность к сохранению объема, формы и т.д.) при определенных условиях. Не только вода может находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Это присуще всем веществам.
2.Диффузия - это процесс, заключающийся во взаимном проникновении молекул веществ в промежутки между молекулами в других веществах.
3.Скорость диффузии зависит от: температуры, концентрации, внешних воздействий, агрегатного состояния вещества.
Трудно переоценить процесс диффузии в жизни человека. Например, проникновение кислорода через тончайшую стенку альвеол в капилляры легких осуществляется именно благодаря диффузии. Стенки альвеол очень тонкие, с физической точки зрения, альвеолярная стенка – это полупроницаемая мембрана. Концентрация кислорода в атмосферном воздухе гораздо выше его концентрации и капиллярной крови, вот потому кислород и поникает сквозь полупроницаемую мембрану – туда, где его меньше. Благодаря диффузии мы дышим.
Также этот процесс частично обеспечивает проникновение питательных веществ из пищеварительной системы в кровь и действие многих лекарств.
На рисунке схематически показано, как всасываются питательные вещества в кишечнике человека.
Рис. 4: тонкий кишечник млекопитающего
Урок на тему: «Диффузия в газах, жидкостях, твердых телах», автор Селезнева А. М., МОУ СОШ №7 г. Боярка, Киевской обл.
Перышкин А. В. «Физика 7-й класс», Москва, Дрофа, 2006 г.
Родина Н. А., Громов С. В., «Физика», М., Мир, 2002 г.
Отредактировано и выслано Борисенко И.Н .
Над уроком работали:
Диффузия переводится с латыни, как распространение или взаимодействие. Диффузия является очень важным понятием физики. Суть диффузии заключается в проникновении одних молекул вещества в другие. В процессе перемешивания происходит выравнивание концентраций обоих веществ по занимаемому ими объему. Вещество из места с большей концентрацией переходит в место с меньшей концентрацией, за счет этого и происходит выравнивание концентраций.
Итак, явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого, называется диффузией.
Рассмотрев, что такое диффузия, следует перейти к условиям, которые могут оказывать воздействие на скорость протекания этого явления.
Факторы, влияющие на скорость диффузии
Чтобы понять, от чего зависит диффузия, рассмотрим факторы, которые на нее влияют.
Диффузия зависит от температуры . Скорость диффузии будет увеличиваться с увеличением температуры, потому что при повышении температуры будет увеличиваться скорость движения молекул, то есть молекулы будут быстрее перемешиваться. (Вы все знаете, что в холодной воде сахар расстворяется очень долго)
А при добавлении внешнего воздействия (человек размешивает сахар в воде) диффузия будет протекать быстрее. Агрегатное состояние вещества тоже будет влиять на то, от чего зависит диффузия, а именно на скорость диффузии. Тепловая диффузия зависит от вида молекул. Например, если предмет металлический, то тепловая диффузия протекает быстрее, в отличие от того, если бы этот предмет был сделан из синтетического материала. Очень медленно протекает диффузия между твердыми материалами.
Итак скорость диффузии зависит от: температуры, концентрации, внешних воздействий, агрегатного состояния вещества
Диффузия имеет огромное значение в природе и в жизни человека.
Примеры диффузии
Чтобы лучше разобраться, что такое диффузия, рассмотрим ее на примерах.Давайте вместе приведем примеры процесса диффузии в газах. Варианты проявления этого явления могут быть таковыми:
Распространение запаха цветов;
Распространение запаха курочки гриль, которая так нравится щенку Антошке;
Слезы из-за нарезания лука;
Шлейф духов, который можно почувствовать в воздухе.
Промежутки между частицами в воздухе довольно большие, частицы двигаются хаотично, поэтому диффузия газообразных веществ происходит достаточно быстро.
Простой и доступный каждому пример диффузия твердых тел – это взять два куска разноцветного пластилина и разминая их в руках, наблюдать, как смешиваются цвета. А, соответственно, без внешнего воздействия, если просто прижать два куска друг к другу, потребуются месяцы или даже годы, чтобы два цвета хоть немного перемешались, так сказать, проникли один в одного.
Варианты проявления диффузия в жидкостях могут быть таковыми:
Растворение капли чернил в воде;
- "Белье полиняло" окрас мокрых тканей;
Соление овощей и варка варенья
Итак, диффузией является перемешивание молекул вещества при их беспорядочном тепловом движении .
Учитель физики Ноздрина Л.Д.
Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах.
Слайд 2
Основные положения МКТ;
Определение диффузии;
Особенности процесса диффузии в различных средах.
Объяснять явление диффузии на основании МКТ.
Слайд 3
Слайд 4
Размеры молекулы порядка 10‾¹ºм
Повторим
Слайд 5
М. В. Ломоносов
Слайд 6
Броуновское движение
Роберт Броун в 1827 году, наблюдая под микроскопом взвесь в виде растительной пыльцой, обнаружил, что частицы находятся в непрерывном движении, описывая сложные траектории.
Слайд 8
Диффузия наблюдается
Слайд 9
Ароматические масла, смолы широко используются в парфюмерной промышленности, лечебной ароматерапии, для церковных нужд.
Диффузия газов в газах
Слайд 10
Диффузия газов в газах
Слайд 11
Кого из нас не поражал запах весенней ночи? Мы могли ощущать запахи черемухи, акаций, сирени. Молекулы пахнущего вещества цветов диффундируют в воздух.
Диффузия газов в газах
Слайд 12
В качестве тонизирующих культур обычно употребляют чай, кофе и какао.
Родина чая- Китай,кофе- Африка, какао - Америка. Быстрое распространение аромата этих напитков объясняется тем, что молекулы пахучего вещества проникают между молекулами воздуха.
Диффузия газов в газах
Слайд 13
Самым многочисленным способом общения насекомых осуществляется с помощью обонятельных химических средств, которые животные используют для своей защиты или привлечения внимания.
Диффузия газов в газах
Слайд 14
Слайд 15
Леса – легкие планеты, помогающие дышать всему живому.
Городской воздух содержит много газообразных веществ (угарный газ, углекислый газ, оксиды азота, сера), полученных в результате работы промышленного комплекса, транспорта и коммунального хозяйства.
Процесс очищения воздуха лесом можно объяснить диффузией.
Диффузия газов в газах
Слайд 16
Природный горючий газ не имеет ни цвета, ни запаха.
Диффузия газов в газах
За счет диффузии газ распространяется по всему помещению, образуя взрывоопасную смесь.
Слайд 18
Пути решения экологической проблемы, связанной с очищением воздуха:
1) фильтры на выхлопных трубах;
2) выращивание растений вдоль дорог и вокруг предприятий, поглощающих вредные вещества.
Диффузия газов в газах
Слайд 19
Наблюдение процесса диффузии молекул воздуха и молекул нашатырного спирта (индикатором служит лакмусовая бумажка, фиксирующая наличие щелочной среды)
НАШ ЭКСПЕРИМЕНТ
Слайд 20
Наблюдение растворения дыма от костра в воздухе.
НАШ ЭКСПЕРИМЕНТ
Слайд 21
НАШ ЭКСПЕРИМЕНТ
Распространение запаха освежителя воздуха в помещении.
Слайд 22
Пчелиный яд- это бесцветная прозрачная жидкость с ароматным запахом, обладающая высокой биологической активностью.
Быстрое проникание пчелиного яда связано с биологическими процессами в организме
(с движением молекул яда и их взаимодействием с межклеточной жидкостью соединительной ткани).
ДИФФУЗИЯ ЖИДКОСТИ В ЖИДКОСТИ
Слайд 23
Для приготовления чая используют цветы и листочки некоторых растений: жасмина, розы, липы, душицы, мяты, чабреца и других.
ДИФФУЗИЯ ЖИДКОСТИ В ЖИДКОСТИ
Слайд 24
ДИФФУЗИЯ ЖИДКОСТИ В ЖИДКОСТИ
В твёрдом состоянии цвет чая зависит от способа обработки листьев.
Заварка чая основана на диффузии молекул воды и красящего вещества растений.
Слайд 25
НАШ ЭКСПЕРИМЕНТ
Приглашаем на чай.
Слайд 26
НАШ ЭКСПЕРИМЕНТ
Сравнение скорости протекания диффузии при заваривании чая холодной и горячей водой.
Процесс диффузии ускоряется с повышением температуры; происходит медленнее, чем в газах.
Слайд 27
При добавлении дольки лимона чай становится светлее.
НАШ ЭКСПЕРИМЕНТ
Цвет чая коричневый только в нейтральной среде (в воде).
Слайд 28
НАШ ЭКСПЕРИМЕНТ
Для насыщения цвета свеклы в воде добавляется уксусная кислота.
Слайд 29
Запах соли, запах йода.
Непреступны и горды,
Рифы каменные морды
Выставляют из воды…
Ю. Друнина
Ежегодно в атмосферу попадает 2 млрд. тонн солей.
Слайд 30
Смог - желтый туман, отравляющий воздух, которым мы дышим.
Смог - основная причина дыхательных и сердечных болезней, ослабления иммунитета человека.
ДИФФУЗИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА В ГАЗАХ
Слайд 31
ДИФФУЗИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА В ГАЗАХ
Частицы, встречающиеся в городском воздухе.
Слайд 32
Как объяснить процесс соления овощей?
Слайд 33
ДИФФУЗИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА В ЖИДКОСТИ
Соления грибов
Слайд 34
Соления фруктов
ДИФФУЗИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА В ЖИДКОСТИ
При засолке кристаллики соли распадаются на ионы Na и Cl в водном растворе, беспорядочно движутся и занимают промежутки между порами продуктов питания.
Слайд 35
Приготовление варенья и компотов.
ДИФФУЗИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА В ЖИДКОСТИ
Слайд 36
Получение сахара из свеклы в промышленном производстве
ДИФФУЗИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА В ЖИДКОСТИ
Слайд 37
Растворение кристаллов перманганата калия в воде.
НАШ ЭКСПЕРИМЕНТ
Слайд 38
НАШ ЭКСПЕРИМЕНТ
Растворение кристаллов сахара в горячей воде.
Слайд 39
Растворение таблетки «Мукалтина» в воде.
НАШ ЭКСПЕРИМЕНТ
Слайд 40
Приготовление солёных огурцов, квашенной капусты, солёной рыбы и сала в домашних условиях.
НАШ ЭКСПЕРИМЕНТ
Слайд 41
Для придания железным и стальным деталям твердости, износостойкости и предела прочности их поверхности подвергают диффузному насыщению углеродом (цементация)
Слайд 42
Английский металлург Вильям Робертс- Аустин измерял диффузию золота в свинце, помещая этот цилиндр в печь при температуре около 200 °С на 10 дней.
Атомы золота равномерно распределялись по всему свинцовому цилиндру.
Слайд 43
НАШ ЭКСПЕРИМЕНТ
Наблюдение явления диффузии молекул перманганата калия и воска.
Слайд 44
НАШ ЭКСПЕРИМЕНТ
Слайд 45
Слайд 46
1. Какой рисунок наиболее правильно показывает каплю воды в микроскопе при сильном увеличении?
2. Имея модели частиц двух веществ, покажите, что происходит в веществе при их самопроизвольном смешивании.
3. Выберите рисунок, на котором направление стрелок правильно указывает направление движения двух частиц в веществе.
Опишите, как движутся частицы в веществе.
С какими танцами или мелодиями можно сравнить движение частиц пальмы, растущей в Африке, и частиц кедра, растущего в Сибири?
Слайд 47
Все знают, как полезен репчатый лук. Но при его разрезании мы проливаем слезы. Объясните почему?
Это объясняется явлением диффузии.Причина в летучем веществе лакриматоре, вызывающем слёзы. Оно растворяется в жидкости слизистой оболочки глаза, выделяя серную кислоту, которая и раздражает слизистую оболочку глаза.
Слайд 48
Средний уровень: 1. В каком рассоле – горячем или холодном – быстрее засолятся огурцы?
2. Почему ткань, окрашенную недоброкачественной краской, нельзя в мокром состоянии держать в соприкосновении со светлым бельем?
Достаточный уровень: 1. Почему дым от костра, поднимаясь вверх, быстро перестает быть видимым даже в безветренную погоду?
2. Будут ли распространяться запахи в герметично закрытом подвальном помещении, где совершенно нет сквозняков?
Высокий уровень: 1. Открытый сосуд с эфиром уравновесили на весах и оставили в покое. Через некоторое время равновесие весов нарушилось. Почему?
2. Какое значение имеет диффузия для процессов дыхания человека и животных?
Слайд 49
1. Параграф №9, вопросы к параграфу;
2. Экспериментальное задание (описать явления диффузии, наблюдаемые дома).
3. Ответить письменно на вопрос:
Почему сладкий сироп приобретает со временем вкус фруктов? (средний уровень)
Почему соленая сельдь, после того как ее оставили на некоторое время в воде, делается менее соленой? (достаточный уровень)
Почему при склеивании и паянии применяют жидкий клей и расплавленный припой? (высокий уровень)
Слайд 50
Слайд 51
1. СемкеА.И. «Нестандартные задачи по физике», Ярославль: Академия развития,2007.
2. Шустова Л.В., Шустов С.Б. «Химические основы экологии».М.:Просвещение,1995.
3. Лукашик В.И. Задачник по физике 7-8кл. М.: Просвещение,2002.
4. Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики. М.: Просвещение,1998.
5. Энциклопедия Физика. М.: Аванта +,1999.
6. Богданов К.Ю. Физик в гостях у биолога. М.: Наука,1986.
7. Енохович А.С. Справочник по физике. М.: Просвещение, 1990.
8. Ольгин О. И. Опыты без взрывов. М.: Химия,1986.
9. Ковтунович М.Г. «Домашний эксперимент по физике 7-11 классы». М.: Гуманитарный издательский центр, 2007.
10. Internet- ресурсы.
Литература
Посмотреть все слайды
О таком понятии, как диффузия, слышали абсолютно все люди. Это было одной из тем на уроках физики в 7 классе. Несмотря на то что это явление окружает нас абсолютно везде, мало кто знает о нём. Что же оно всё-таки означает? В чём заключается его физический смысл , и как можно облегчить жизнь с её помощью? Сегодня мы с вами об этом и поговорим.
Это - процесс проникновения молекул одного вещества между молекулами другого вещества. Говоря простым языком, этот процесс можно назвать смешиванием. Во время этого смешивания происходит взаимное проникновение молекул вещества друг между другом
. Например, при приготовлении кофе молекулы растворимого кофе проникают в молекулы воды и наоборот.
Скорость этого физического процесса зависит от следующих факторов:
Чем выше температура вещества, тем быстрее движутся молекулы. Следовательно, процесс смешивания
происходит быстрее при высоких температурах.
Агрегатное состояние вещества - важнейший фактор . В каждом агрегатном состоянии молекулы движутся с определённой скоростью.
Диффузия может протекать в следующих агрегатных состояниях:
Скорее всего, у читателя сейчас возникнут следующие вопросы:
Ответы на них можно узнать ниже.
Абсолютно у всего в этом мире есть своя причина. И диффузия не является исключением . Физики прекрасно понимают причины её возникновения. А как донести их до обычного человека?
Наверняка каждый слышал о том, что молекулы находятся в постоянном движении. Причём это движение является беспорядочным и хаотичным, а его скорость очень большая. Благодаря этому движению и постоянному столкновению молекул происходит их взаимное проникновение.
Есть ли какие-то доказательства этого движения? Конечно! Вспомните, как быстро вы начинали чувствовать запах духов или дезодоранта? А запах еды, которую готовит ваша мама на кухне? Вспомните, как быстро готовится чай или кофе . Всего этого не могло быть, если бы не движение молекул. Делаем вывод - основная причина диффузии заключается в постоянном движении молекул.
Теперь остаётся только один вопрос - чем же обусловлено это движение? Оно обусловлено стремлением к равновесию. То есть, в веществе есть области с высокой и низкой концентрацией этих частиц. И благодаря этому стремлению они постоянно движутся из области с высокой концентрацией в низкоконцентрированную. Они постоянно сталкиваются друг с другом , и происходит взаимное проникновение.
Процесс смешивания частиц в газах самый быстрый. Он может происходить как между однородными газами, так и между газами с разной концентрацией.
Яркие примеры из жизни:
Диффузия в жидкостях протекает медленнее. Она может длиться от нескольких минут до нескольких часов.
Самый яркие примеры из жизни:
В этих случаях диффузия протекает очень быстро (до 10 минут). Однако если к процессу будет приложено внешнее воздействие, например, размешивание этих растворов ложкой, то процесс пойдёт гораздо быстрее и займёт не более одной минуты.
Диффузия при смешивании более густых жидкостей будет происходить гораздо дольше. Например, смешивание двух жидких металлов может занимать несколько часов. Конечно, можно сделать это за несколько минут, но в таком случае получится некачественный сплав .
Например, диффузия при смешивании майонеза и сметаны будет протекать очень долго. Однако, если прибегнуть к помощи внешнего воздействия, то этот процесс и минуты не займёт.
В твёрдых телах взаимное проникновение частиц протекает очень медленно. Этот процесс может занять несколько лет. Его длительность зависит от состава вещества и структуры его кристаллической решётки.
Опыты, доказывающие, что диффузия в твёрдых телах существует.
Как вы уже поняли, чем тверже среда, тем меньше скорость смешивания молекул. Теперь давайте поговорим о том, где в реальной жизни можно получить практическую пользу от этого физического явления.
Процесс диффузии происходит в нашей жизни постоянно. Даже когда мы лежим на кровати, очень тонкий слой нашей кожи остаётся на поверхности простыни. А также в неё впитывается пот. Именно из-за этого постель становится грязной, и её необходимо менять.
Так, проявление этого процесса в быту может быть следующим:
Проявление диффузии в природе:
Проявление этого процесса в промышленности:
Эти процессы происходят в различных областях промышленности:
Как вы поняли, процесс диффузии может оказывать на нашу жизнь как положительный, так и отрицательный эффект. Нужно уметь управлять своей жизнью и максимально использовать пользу от этого физического явления, а также минимизировать вред.
Теперь вы знаете, в чём сущность такого физического явления, как диффузия. Она заключается во взаимном проникновении частиц благодаря их движению. А в жизни движется абсолютно все. Если вы школьник, то после прочтения нашей статьи вы точно получите оценку 5. Успехов вам!
